PWS - De Mobiele Oplader

download PWS - De Mobiele Oplader

of 33

  • date post

    18-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    7
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of PWS - De Mobiele Oplader

Profielwerkstuk "Mobiele Oplader"

Profielwerkstuk "Mobiele Oplader"Jelle Geerlings, Ralph van den Hoff & Timon Brew

Mobiele oplader

Door: Jelle Geerlings, Ralph van den Hoff & Timon Brew Klas: LHA5G Profielen: N&T en E&M Begeleider: Dhr. van der Zee Inleverdatum: 16-02-2014

Inhoudsopgave

Bladzijde:

Voorwoord3Inleiding4

TheorieHoofdstuk 1: Technisch aspect1.1 Deelvraag 1Hoe werkt het elektrisch circuit?5/81.2 Deelvraag 2Hoe snel kan onze lader een telefoon opladen?9/10Hoofdstuk 2: Economische aspecten2.1 Deelvraag 3Hoeveel stroom genereert de oplader, wat is dan de uiteindelijke laadtijd? 11/122.2 Deelvraag 4Wat is de besparing bij het gebruik van de mobiele oplader? 13/192.3 Deelvraag 5Is het gebruik van een mobiele oplader als deze in economische zin efficint? 20PraktijkHoofdstuk 3: De bouw3.1 Het ontwerp21/223.2 Benodigdheden & kosten223.3 Uitvoering23/24Hoofdstuk 4 Testen & metingen4.1 Beschrijving254.2 Benodigdheden & kosten 254.3 Uitvoering & Resultaten26 Hoofdstuk 5: Conclusie27

Evaluatie28Notenlijst29Bijlage

Voorwoord

We hebben lang moeten nadenken over het onderwerp voor ons profielwerkstuk. Aangezien we in een groepje zitten met de profielen NT n EM wilden we een onderwerp dat aansluit bij allebei de profielen. Na lang zoeken zijn we op het idee gekomen om een telefoon oplader voor op de fiets te maken. We zijn gaan kijken wat de mogelijkheden van dit onderwerp waren op technisch en economisch gebied. Het bouwen testen en meten van de lader dekt het technische gedeelte en vanuit de metingen konden we doorberekeningen maken naar economische aspecten. Zo is dit uiteindelijk ons definitieve onderwerp geworden.

Inleiding

Onze hoofdvraag binnen dit project is: Is het economisch en technisch efficint om dit product te gaan gebruiken?De uitwerking hiervan is verdeelt in 3 delen: Een technisch aspect, een economisch aspect en een verslag van de bouw van de oplader. In het technisch aspect behandelen we de verschillende onderdelen en berekeningen die ons uiteindelijk hebben geholpen bij de bouw van de uiteindelijke oplader. We hebben de meetresultaten van onze oplader vergeleken met de berekeningen die we van te voren hebben gedaan om zo een deel van de conclusie te vormen.In het economisch aspect behandelen we onderwerpen die te maken hebben met hoe praktisch een dergelijke oplader is en wat de eventuele financile voordelen en nadelen zijn als deze oplader grootschalig gebruikt zou worden. Ook dit gedeelte vormt een gedeelte van onze conclusie en beantwoording van de hoofdvraag.De bouw van de oplader hebben we ook weer verdeeld in 3 delen: Het ontwerp, de bouw zelf en het testen van de oplader. In het ontwerp staat de vormgeving omschreven aan de hand van de eisen die we aan de oplader hebben gesteld. Bij de bouw staat beschreven hoe we te werk zijn gegaan en wat de tegenslagen ervan zijn geweest. Bij het test gedeelte staan de opstellingen en procedures beschreven. Ook hebben we hier de meetresultaten genoteerd.

Als bijlage is er een CD met foto's aanwezig. Dit zijn foto's die we gemaakt hebben tijdens het bouwen van de oplader. Er staan ook een aantal verwijzingen naar de foto's in het verslag. Dit is ter verduidelijking van de beschreven onderdelen en handelingen.

Technisch aspect

1.1 Deelvraag 1Om elektriciteit op te wekken gebruiken we een banddynamo. Deze dynamo wordt aan een fietsband geplaatst en als de band gaat draaien, gaat de kop van de dynamo meedraaien. Vervolgens ontstaat er energie in de vorm van elektriciteit. Wat de dynamo dus doet is een roterend momentum omzetten in een elektrische spanning. Deze spanning is een wisselspanning, ook wel aangeduid als "AC". Dit houdt in dat de spanning met een bepaalde frequentie wisselt tussen positieve spanning en negatieve spanning. In een grafiek zou dat eruit zien als een sinus-vormige lijn (Fig. 1).

Fig. 1[footnoteRef:1] [1: Zie notenlijst]

Met deze onregelmatige spanning is het niet mogelijk een telefoon op te laden.

Om een spanning te krijgen waarmee wel een telefoon opgeladen kan worden hebben we een circuit gemaakt dat de elektriciteit langs een aantal elementen stuurt om zo een spanning te krijgen waarmee wel een telefoon op te laden is. Om een goed beeld te krijgen hoe dit in zijn werk gaat hebben we dit stapsgewijs en met behulp van een aantal afbeeldingen proberen te beschrijven. In de afbeelding (Fig. 2a) zijn drie onderdelen te zien, van links naar rechts:- Een gelijkrichter- Een condensator- Een spanningsregelaarDe zwarte lijn is een x-as die een tijdsverloop aangeeft. De rode lijn geeft een spanningswaarde aan.

Stap 1:De dynamo wekt elektriciteit op en geeft dit vervolgens af als een wisselspanning.

Fig. 2a[footnoteRef:2] [2: Zie notenlijst]

Zoals te zien is (Fig. 2a) wisselt de spanning met een bepaalde frequentie tussen een positieve spanning en een negatieve spanning. Dit gebeurt in de vorm van een sinus, waarbij de amplitude (de maximale uitwijking) ook met een bepaalde frequentie varieert.

Stap 2:De stroom komt aan bij de gelijkrichter.

Fig. 2b1De gelijkrichter zorgt ervoor dat de wisselstroom wordt omgezet in een stabiele gelijkstroom, ook wel "DC" genoemd. Dit betekend dat de spanning niet meer wisselt tussen positieve en negatieve spanning, maar nu alleen varieert als een positieve spanning.Op de afbeelding(Fig. 2b) is te zien dat alle negatieve sinus-bewegingen onder de zwarte streep nu gespiegeld staan en dus positief zijn. De amplitude en de frequentie zijn niet veranderd.

Stap 3:De stroom komt aan bij de condensator.

Fig. 2c[footnoteRef:3] [3: Zie notenlijst]

De condensator zorgt dat de spanning minder variabel wordt. De spanning veranderd dan minder snel van waarde en heeft ook een kleiner bereik van waarden. Op de afbeelding(Fig. 2c) is te zien dat de amplitude van de sinus-beweging is afgenomen en dat de periode (tijd waarin n sinus-beweging plaatsvindt) is toegenomen.

Stap 4:Als laatste komt de stroom bij de spanningsregelaar.

Fig. 2d[footnoteRef:4] [4: Zie notenlijst]

De spanningsregelaar zorgt ervoor dat de spanning op een constante wordt gehouden, in ons geval 5 Volt.Op de afbeelding(Fig. 2d) is dan ook te zien dat er een rechte, horizontale lijn doorgaat.

De meeste mobiele telefoons en tablets worden geleverd met een oplader die de wisselstroom vanuit het stopcontact omzet in een gelijkstroom met een spanning van, afhankelijk van de batterij in de telefoon en de fabrikant, 5 tot 5,5 Volt. Met dit circuit in de oplader verwerkt is onze oplader dus zeer geschikt om een mobiele telefoon of zelfs een tablet op te laden.

1.2 Hoe snel kan onze lader een telefoon opladen?

Het is natuurlijk leuk om zo'n mobiele oplader te hebben, maar dan moet deze ook wel nuttig zijn. Het is dus niet alleen de bedoeling dat de oplader werkt, maar ook dat deze met een redelijk tempo een telefoon oplaadt. Stel het duurt een volle 24 uur van een dag om een telefoon op te laden met deze oplader, er is natuurlijk niemand die 24 uur lang gaat fietsen om zijn / haar telefoon op te laden. Om deze reden gaan we berekenen hoe snel de oplader een telefoon zou kunnen opladen. Dit kunnen we dan tijdens het testen van de oplader vergelijken met de conclusies die we hier trekken en zo een goede eindconclusie vormen.

De tijd die het kost om een telefoon op te laden is afhankelijk van de capaciteit van de batterij van een telefoon en van de lader. we willen dus eerst weten hoe groot de stroomsterkte is die onze oplader levert. Na de bouw van de lader hebben we de weerstand en de spanning gemeten met een ohm meter en een voltmeter. Deze kwamen uit op een weerstand van ... en een spanning van 5,1V. We hadden geen Ampre meter bij de hand, maar het amprage is eenvoudig te berekenen met de volgende formule:

U = I R

Hierbij geldt: U = spanning in Volt(V) I = stroomsterkte in Ampre(A) R = weerstand in Ohm()

Om het aantal geleverde ampre te berekenen moet I berekend worden. U en R hebben we gemeten en zijn dus bekend. Om I te berekenen moeten weer het volgende doen:

I = U/RI is dus 5,1/5,5 = 0.927ADit rekenen we even om in milli-ampre, omdat dit straks makkelijker rekent.I is dan dus 0,94 1000 = 927 mA

Verder willen we weten hoe groot de capaciteit van de batterij van een telefoon is. Het probleem is, dat bijna alle telefoons een verschillende batterijcapaciteit hebben. Moderne telefoons hebben een batterijcapaciteit tussen de 1000 mAh en 3500 mAh. mAh staat voor milli-ampre-uur en geeft dus hoeveel milli-ampre een batterij een uur lang kan geven. Als een telefoon een batterij capaciteit van bijvoorbeeld 2300 mAh heeft en we nemen even aan dat er constant 200 mA per uur wordt gebruikt, dan heeft de batterij een levensduur van: 2300/200 = 11,5 uur

Als we willen weten hoe lang het dan duurt om dezelfde telefoon met de 2300 mAh batterij op te laden met onze mobiele opladen, delen we de batterijcapaciteit van de telefoon door het aantal milli-ampre dat onze opladen levert:

2300/927 = 2.48 uur

Het zal in theorie dus ongeveer twee en een half uur duren om een telefoon met een batterijcapaciteit van 2300 mAh op te laden met onze mobiele oplader. Om dit te verhaal te verduidelijken doen we hetzelfde rekensommetje met een voor de meeste mensen bekende telefoon: de iPhone 4s. Deze heeft een batterijcapaciteit van 1432 mAh. Om de iPhone volledig op te laden met onze mobiele opladen duurt het dus:

1432/927 = 1,54 uur.

Hierbij moet wel rekening gehouden worden met het feit dat de telefoon ook stroom gebruikt tijdens het opladen en dat er ook tijdens het opladen een klein beetje stroom verloren gaat. De we